方瑛ANSYS作业换热管的热分析.docxVIP

有限元法——原理、建模即应用 实验报告 学 院 ：机械电子工程学院 指导教师 ：杜平安教授 学生及学号： 方 瑛 201121080235 问题描述： 3 第一部分 换热管节点温度分布 4 一、 启动以及初始化设置 4 二、 定义单元类型及材料属性 5 三、 建立几何模型 7 四、 生成有限元模型 12 五、 加载以及求解温度分布 18 六、 查看温度分布的结果（后处理） 20 第二部分 换热管节点应力分布 22 一、 改变分析类型 22 二、 转换单元类型，设置材料属性 23 三、 施加结构分析载荷及求解 24 四、 查看计算结果 28 五、 结果分析 31 稳态传热条件下换热管的热分析 ——壳程与管程温差对换热管热应力的影响 机械电子工程 方瑛 201121080235 问题描述： 本文利用ANSYS 12.0 软件对稳态传热条件下换热管的热应力进行分析，，某单程换热器的其中一根换热管和与其相连的两端管板结构，壳程介质为水蒸气，管程介质为液体操作介质，换热管材料为不锈钢，膨胀系数为16.56×10-6℃-1，泊松比为0.3，弹性模量为1.72×105MPa，热导率为15.1Wm2?℃-1；管板材料也为不锈钢，膨胀系数为17.79×10-6℃-1，泊松比为0.3，弹性模量为1.73×105MPa，热导率为15.1Wm2?℃； 用ANSYS软件模拟当壳程压力为5.6MPa，管程压力为4MPa；管程液体温度恒为200℃，管程表面传热系数恒为426Wm2?℃的条件下，壳程水蒸气温度从210℃以10℃为梯度递增到280℃的过程中，换热管热应力的变化情况，进而分析壳程与管程温差变化对换热管热应力的影响规律。表一为利用热力学的相关知识计算得出的壳程水蒸气温度变化时对应的壳程表面传热系数的数值。 表一：壳程温度及对应的表面传热系数 壳程温度（℃） 210 220 230 240 250 260 270 280 壳程表面传热系数（Wm2?℃） 1405 1701 2079 2516 3059 3731 4539 5575 换热管内径为0.0121m，外径为0.01905m，管板厚度为0.05m，换热管长度为0.35m，管板长和宽均为0.026m，其结构如图1所示。 图1 换热管的结构 由上述结构分析可知，由于其结构、约束以及载荷都具有对称性，因而只需要取其四分之一进行分析。 第一部分 换热管节点温度分布 一、 启动以及初始化设置 1、 建立一个文件夹：在电脑合适地方建立一个文件夹用来存储ANSYS文件，取名为“方瑛ANSYS大作业”。 2、 启动ANSYS：Start ? Programs ? ANSYS13.0?Mechanical APDL(ANSYS) 3、 定义工作文件名：执行Utility Menu?File?Change Jobname命令，弹出Change Jobname对话框，如图2所示。在弹出的对话框中输入Pipe-thermal,单击OK按钮。 图2 Change Jobname对话框 4、 定义工作标题：执行Utility Menu?File?Change Title命令,弹出Change Title对话框，如图3所示。在弹出的对话框中输入Temperature Distribution in heat-exchange pipe,单击OK按钮。 图3 Change Title对话框 5、 关闭坐标符合的显示：执行Utility Menu?PlotCtrls/Window Controls/Window Option命令，弹出Window Option对话框。在Location of triad 下拉列表中选择Not Show选项，单击OK按钮。 二、 定义单元类型及材料属性 1、 定义单元类型 执行Main Menu?Preprocessor?Element Type? Add/Edit/Delete命令，弹出Element Type对话框。单击Add按钮，弹出Library of Element Type对话框。在左右列表中分别选择Thermal solid 和Brick 20node 90选项，如图4所示。单击OK按钮。 图4 Library of Element Type对话框 2、 设置材料属性 执行Main Menu?Preprocessor?Material Props?Material Models命令，出现如图5 Define Material Models Behavior对话框。在Material Models Available下面的选项连续点击Structural?Linear?Elastic?Isotropic，出现Linear Isotropic Properti